Pin cát: lối ra cho bài toán khủng hoảng năng lượng

Điện mặt trời, điện gió hiện là những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất hiện nay. Nhưng nó vẫn gặp các vấn đề về khả năng đáp ứng đúng lúc nhu cầu, do vậy thường yêu cầu phải có các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn đi kèm. Điều này kéo theo nhiều giải pháp về những loại pin khác nhau, bao gồm pin muối nóng chảy, pin sắt, pin trọng lực, pin silicon thay đổi trạng thái, …Tuy nhiên một giải pháp mới Pin cát - liệu đây là lối thoát cho bài toán năng lượng tái tạo.

Mỗi loại pin này đều có ưu nhược điểm riêng về chi phí, mức độ hiệu quả, kích thước cũng như khả năng lưu trữ năng lượng, nhưng Polar Night Energy, một công ty từ Phần Lan đang giới thiệu một loại pin trữ điện mới, có khả năng khắc phục hầu hết các nhược điểm trên: pin cát. Hiện tại loại pin đặc biệt này đã được thương mại hóa tại Vatajankoski, một cơ sở năng lượng ở phía Tây Phần Lan.

 

Về cơ bản, pin cát là một hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt, được xây dựng quanh một thùng bằng thép lớn – đường kính khoảng 4m, cao 7m – chứa đầy cát mịn bên trong. Khi cát được làm nóng lên, nhờ vào một bộ trao đổi nhiệt được đặt giữa thùng, hệ thống này có khả năng lưu trữ được đến 8 MWh (Megawatt giờ) năng lượng, với công suất định danh là 100 kW, với cát được làm nóng lên từ 500^oC đến 600^oC.

Khi cần thiết, nguồn năng lượng này sẽ được trích xuất lại dưới dạng nhiệt theo cách tương tự. Hiện Vatajankoski đang sử dụng nguồn nhiệt từ pin cát này cùng với nhiệt phát thải ra từ các trung tâm dữ liệu của họ, để cấp nhiệt cho khu vực này thông qua các đường ống nước. Nguồn nhiệt này có thể được sử dụng để làm ấm các tòa nhà, các bể bơi hoặc trong các cơ sở công nghiệp.

Giải pháp này khiến nó trở nên đặc biệt hiệu quả. Markku Ylönen, CTO Polar Night cho biết: "Rất dễ chuyển điện thành nhiệt. Nhưng chuyển ngược lại từ nhiệt thành điện lại cần đến các turbine và các hệ thống phức tạp hơn. Nhưng khi chúng tôi sử dụng nguồn nhiệt như là nhiệt, mọi thứ lại rất đơn giản." Công ty cho biết, hiệu quả của pin cát này lên tới 99%, nhờ khả năng lưu trữ nhiệt với mức độ tiêu hao rất nhỏ trong hàng tháng trời và có tuổi thọ lên tới cả thập kỷ.

Không những vậy, một ưu điểm khác của loại pin này là chi phí rẻ. Không phải trải qua quy trình đặc biệt, chỉ cần làm khô và loại bỏ các mảnh vụn dễ cháy bên trong. Vì vậy, công ty cho rằng, phương tiện lưu trữ này có chi phí siêu thấp, thậm chí bằng không. Polar Night Energy tuyên bố chi phí thiết lập loại pin này chưa đến 10 USD cho mỗi kWh và gần như không phát sinh tiêu hao trong quá trình hoạt động.

Công ty cho biết đang có kế hoạch mở rộng khả năng lưu trữ của khối pin này lên tới 20 GWh với công suất định danh lên tới hàng MW và cát có thể được làm nóng tới 1.000^oC trong một số thiết kế nhất định. Cũng có thể lưu trữ chúng dưới lòng đất – trong các khu mỏ không còn sử dụng – nếu chúng có hình dạng phù hợp. Chi phí lớn nhất trong việc thiết lập các hệ thống này thường chỉ liên quan đến xây dựng đường ống dẫn nhiệt vào và ra.

Công bằng mà nói, các hệ thống sưởi ấm này sẽ chỉ phổ biến để sử dụng trong một khu vực nhất định. Nhưng điều đáng ngạc nhiên là số lượng ngày càng nhiều các hệ thống sưởi như vậy được xây dựng. Gần một nửa số hộ gia đình ở vùng Scandinavi đang sử dụng hình thức sưởi này và nó cũng xuất hiện ở nhiều khu vực khác nữa, bao gồm cả phía Bắc Trung Quốc và Mỹ.

Tham khảo NewAtlas